CN219738929U - 一种用于柔性铰链的自由度切换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于柔性铰链的自由度切换装置，包括设置有收纳位的工作台，收纳位内设置有用于工件沿X、Y或RZ运动的多功能柔性铰链，多功能柔性铰链设置有承载板，承载板的底部有旋转孔；升降机构，设置于收纳位的底部，升降机构设置有与旋转孔相配合的可沿Z轴运动的升降轴；定位机构，设于工作台且周向均布于收纳位，用于对多功能柔性铰链进行定位及升降轴与旋转孔的对准；当升降轴与多功能柔性铰链的旋转孔配合，且多功能柔性铰链与定位机构分离时，承载板绕Z轴旋转；当升降轴与多功能柔性铰链的旋转孔分离，且柔性铰链与定位机构配合时，承载板沿X轴或Y轴运动。本实用新型解决的技术问题是现有的工作台不能适用于各应用场景。

Description

一种用于柔性铰链的自由度切换装置

技术领域

本实用新型涉及半导体设备技术领域，特别是涉及一种用于柔性铰链的自由度切换装置。

背景技术

现有技术下的运动平台大多采用刚性件装配而成，譬如用于实现X、Y轴两自由度运动的位移台，大多采用丝杆滑块相配合的方式设计，以此方式设计的位移台，由于刚性件装配后会存在响应滞后、装配间隙大、零件之间容易磨损等缺点，因此使得以此方式装配而成的位移台精度和寿命都大大降低。

而柔性铰链作为通过材料自身的弹性弯曲形变来实现高精度的相对运动的器件，具有无摩擦损耗、无需润滑、无迟滞、无需维护、结构紧凑、易于制造等优点，因此具有较好的应用前景。但是，现有技术下用于半导体生产的基于柔性铰链的位移台，大多功能较为单一，无法做到一物多用，而且同一柔性铰链上各自由度之间的解耦问题也极大的制约了柔性铰链在各应用场景下的使用。

因此，本领域技术人员致力于开发一种适用于各应用场景的用于柔性铰链的自由度切换装置。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型公开了一种用于柔性铰链的自由度切换装置，所要解决的技术问题是提供一种适用于各应用场景的用于柔性铰链的自由度切换装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于柔性铰链的自由度切换装置，包括：

工作台，设置有收纳位，所述收纳位内设置有用于工件沿X、Y或RZ三自由度运动的多功能柔性铰链，所述多功能柔性铰链设置有承载板，所述承载板的底部设置有旋转孔；

升降机构，设置于所述收纳位的底部，所述升降机构设置有与所述旋转孔相配合的升降轴，所述升降轴沿所述收纳位的Z轴方向往返运动；

定位机构，设置于所述工作台且周向均布于所述收纳位的四周，并用于对所述多功能柔性铰链进行定位，以及用于所述升降轴与所述旋转孔的对准；

当所述升降轴与所述多功能柔性铰链的旋转孔配合，且所述多功能柔性铰链与所述定位机构分离时，所述承载板绕Z轴旋转；

当所述升降轴与所述多功能柔性铰链的旋转孔分离，且所述柔性铰链与所述定位机构配合时，所述承载板沿X轴或Y轴运动。

优选的，所述多功能柔性铰链包括所述承载板，以及周向均布于所述承载板四周的四个柔性放大铰链单元，两两对称分布于所述承载板相对两侧的两个所述柔性放大铰链单元中至少有一个所述柔性放大铰链单元设置有压电致动器，所述压电致动器与外部电控装置电连接。

优选的，所述柔性放大铰链单元包括四个呈菱形布置的直圆柔性铰链，且四个所述直圆柔性铰链的中部设置所述压电致动器，所述压电致动器的两端分别与两个直圆柔性铰链的一端相连。

优选的，所述多功能柔性铰链的下底面的中部埋设有轴承，所述轴承的轴承孔与所述升降轴滑动配合。

优选的，所述定位机构包括水平架设于所述工作台的丝杆、驱动所述丝杆转动的电机、与所述丝杆螺纹连接的定位块、设置于所述收纳位底部与所述定位块滑动连接的导轨。

优选的，所述定位块设置有用于架设所述柔性铰链的台阶，所述台阶的竖直台阶面与所述柔性放大铰链单元远离所述承载板的一侧壁相配合。

优选的，所述升降机构设置为电缸，所述升降轴与所述电缸的驱动轴同轴紧固。

优选的，所述工作台的顶部开设有用于形成所述收纳位的圆形凹槽，所述升降轴与所述圆形凹槽同轴设置。

优选的，所述承载板呈方形或圆形设置，所述承载板的上表面中部设置有工件定位部。

优选的，所述升降机构和所述定位机构均与所述电控装置电连接。

本实用新型的有益效果是：

通过设置升降机构，在升降机构配合入旋转孔内后，升降机构可以驱动多功能柔性铰链沿Z轴向上运动，使多功能柔性铰链与定位机构分离，之后再利用多功能柔性放大铰链内设的驱动装置产生切向位移，驱使承载板绕升降机构旋转，并通过改变柔性放大铰链中的驱动装置的方向和时序，即可控制承载板产生正向、反向旋转运动以及实现定位。其次，还可以使升降机构脱离旋转孔，则多功能柔性铰链与升降机构分离，使定位机构夹持定位住多功能柔性铰链，在多功能柔性铰链的四周被限制的情况下，即可通过安装于多功能柔性放大铰链内设的驱动装置驱动其沿X轴和Y轴运动，继而对承载板的X、Y位置进行调整。采用本实用新型的自由度切换装置，能够利用柔性铰链的自身结构特性，在驱动装置的作用下，在两种运动状态下随意切换，继而满足不同应用场景下的使用，相比纯刚性件装配而成的运动平台，本方案结构简单，便于加工、维护且方便实用。

附图说明

图1是本实用新型多功能位移台具体实施方式的结构示意图；

图2是本实用新型多功能柔性铰链的结构示意图；

图3是图2中A处局部放大示意图；

图4是多功能柔性铰链与升降机构配合后处于升起状态时的示意图；

图5是多功能柔性铰链与定位机构即将配合时的示意图；

图6是升降机构下降后定位机构与多功能柔性铰链配合时的示意图；

图7是多功能柔性铰链外侧面处于夹紧状态时的示意图；

图8是定位机构的结构示意图。

上述附图中：1、工作台；11、收纳位；12、导轨；2、多功能柔性铰链；21、承载板；211、旋转孔；212、轴承；22、柔性放大铰链单元；221、第一连接臂；222、第二连接臂；223、直圆柔性铰链；224、安装座；23、压电致动器；3、定位机构；31、电机；32、丝杆；33、定位块；331、台阶；4、升降机构；41、电缸；42、升降轴；421、定位环。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，需注意的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1和图2所示，本实用新型提供了一种用于柔性铰链的自由度切换装置，包括工作台1、升降机构4和定位机构3。

具体的，该工作台1设置有收纳位11，收纳位11即工作台1的顶部开设形成的圆形凹槽，圆形凹槽内设置有用于工件沿X、Y或RZ三自由度运动的多功能柔性铰链2，多功能柔性铰链2设置有承载板21，承载板21的底部设置有旋转孔211，旋转孔211内埋设有轴承212。同时，升降机构4设置于圆形凹槽的底部，且升降机构4设置有与旋转孔211相配合的升降轴42。升降机构4可设置为电缸41，升降轴42与电缸41的驱动轴同轴紧固。具体的，升降轴42与轴承212的轴承孔滑动配合，且升降轴42上还设有直径大于轴承孔的定位环421，使得升降轴42可沿圆形凹槽的Z轴方向往返运动。此外，定位机构3设置于工作台1且周向均布于圆形凹槽的四周，用于对多功能柔性铰链2进行定位，以及用于升降轴42与轴承孔的对准。升降机构4和定位机构3均与电控装置电连接。当升降轴42与多功能柔性铰链2的轴承孔配合，且多功能柔性铰链2与定位机构3分离时，承载板21绕Z轴旋转；当升降轴42与多功能柔性铰链2的轴承孔分离，且柔性铰链与定位机构3配合时，承载板21沿X轴或Y轴运动。

如图2和图3所示，多功能柔性铰链2包括承载板21，承载板21呈方形或圆形，承载板21的上表面中部设置有工件定位部，可以根据工件的需求设计工件定位部的形状。在本实施例中，承载板21呈方形，四个柔性放大铰链单元22分别设置于承载板21的边部，且两两对称分布于承载板21相对两侧的两个柔性放大铰链单元22中至少有一个柔性放大铰链单元22设置有压电致动器23，压电致动器23与外部电控装置电连接。具体的，柔性放大铰链单元22包括间隔设置且相互平行的第一连接臂221和第二连接臂222，第一连接臂221外延于承载板21的板边且与板边一体设置，第一连接臂221和第二连接臂222的两端分别夹角对称设置有直圆柔性铰链223，四个直圆柔性铰链223呈菱形布置。每端的直圆柔性铰链223的夹角处均向内延伸有安装座224，两个安装座224之间安装压电致动器23。以此结构设置的柔性放大铰链单元22由于成对设置的两直圆柔性铰链223之间呈一定夹角设置，因此能够将压电致动器23伸缩时产生的位移利用两端成对设置的直圆柔性铰链223成倍放大或成倍缩小，以此进一步的驱动承载板21的运动。

在以上实施例中，如图4至图7所示，通过设置升降机构4，在升降机构4配合入轴承孔内后，升降机构4可以驱动多功能柔性铰链2沿Z轴向上运动，使多功能柔性铰链2与定位机构3分离，之后再利用多功能柔性放大铰链内设的驱动装置，即压电致动器23产生切向位移，驱使承载板21绕升降机构4旋转，并通过改变柔性放大铰链中的压电致动器23的方向和时序，即可控制承载板21产生正向、反向旋转运动以及实现定位。其次，还可以使升降机构4脱离轴承孔，则多功能柔性铰链2与升降机构4分离，使定位机构3夹持定位住多功能柔性铰链2，在多功能柔性铰链2的四周被限制的情况下，即可通过安装于多功能柔性放大铰链内设的压电致动器23驱动其沿X轴和Y轴运动，继而对承载板21的X、Y位置进行调整。采用本实用新型的自由度切换装置，能够利用柔性铰链的自身结构特性，在压电致动器23的作用下，在两种运动状态下随意切换，继而满足不同应用场景下的使用，相比纯刚性件装配而成的运动平台，本方案结构简单，便于加工、维护且方便实用。

在以上实施例中，通过在第一连接臂221和第二连接臂222的两端分别夹角对称设置直圆柔性铰链223，当需要满足承载板21在X向、Y向两自由度运动时，可通过定位机构3将柔性放大铰链单元22的外侧固定，再通过沿X向和Y向设置的压电致动器23的伸缩，驱使直圆柔性铰链223产生形变，第一连接臂221和第二连接臂222相互靠近或远离，以此驱使承载板21沿X向或Y向运动。当需要满足承载板21在Rz自由度的旋转时，定位机构3不再固定柔性放大铰链单元22的外侧，使各柔性放大铰链单元22处于自由状态，并在升降机构4的作用下使多功能柔性铰链2脱离定位机构3，使多功能柔性铰链2可自由转动，当压电致动器23基于逆压电效应产生轴向伸长时，使柔性放大铰链相对于定位轴产生切向位移，继而带动承载板21绕定位轴旋转，实现Rz自由度的旋转。

如图8所示，定位机构3包括水平架设于工作台1的丝杆32、驱动丝杆32转动的电机31、与丝杆32螺纹连接的定位块33、设置于收纳位11底部与定位块33滑动连接的导轨12。同时，定位块33还设置有用于架设柔性铰链的台阶331，台阶331的竖直台阶面与柔性放大铰链单元22远离承载板21的一侧壁相配合。台阶331用于对柔性放大铰链单元22进行限位和卡持，使定位机构3夹持住多功能柔性铰链2单元，防止多功能柔性铰链2单元的转动。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于柔性铰链的自由度切换装置，其特征在于：包括

工作台(1)，设置有收纳位(11)，所述收纳位(11)内设置有用于工件沿X、Y或RZ三自由度运动的多功能柔性铰链(2)，所述多功能柔性铰链(2)设置有承载板(21)，所述承载板(21)的底部设置有旋转孔(211)；

升降机构(4)，设置于所述收纳位(11)的底部，所述升降机构(4)设置有与所述旋转孔(211)相配合的升降轴(42)，所述升降轴(42)沿所述收纳位(11)的Z轴方向往返运动；

定位机构(3)，设置于所述工作台(1)且周向均布于所述收纳位(11)的四周，并用于对所述多功能柔性铰链(2)进行定位，以及用于所述升降轴(42)与所述旋转孔(211)的对准；

当所述升降轴(42)与所述多功能柔性铰链(2)的旋转孔(211)配合，且所述多功能柔性铰链(2)与所述定位机构(3)分离时，所述承载板(21)绕Z轴旋转；

当所述升降轴(42)与所述多功能柔性铰链(2)的旋转孔(211)分离，且所述柔性铰链与所述定位机构(3)配合时，所述承载板(21)沿X轴或Y轴运动。

2.如权利要求1所述的用于柔性铰链的自由度切换装置，其特征在于：所述多功能柔性铰链(2)包括所述承载板(21)，以及周向均布于所述承载板(21)四周的四个柔性放大铰链单元(22)，两两对称分布于所述承载板(21)相对两侧的两个所述柔性放大铰链单元(22)中至少有一个所述柔性放大铰链单元(22)设置有压电致动器(23)，所述压电致动器(23)与外部电控装置电连接。

3.如权利要求2所述的用于柔性铰链的自由度切换装置，其特征在于：所述柔性放大铰链单元(22)包括四个呈菱形布置的直圆柔性铰链(223)，且四个所述直圆柔性铰链(223)的中部设置所述压电致动器(23)，所述压电致动器(23)的两端分别与两个直圆柔性铰链(223)的一端相连。

4.如权利要求1所述的用于柔性铰链的自由度切换装置，其特征在于：所述多功能柔性铰链(2)的下底面的中部埋设有轴承(212)，所述轴承(212)的轴承孔与所述升降轴(42)滑动配合。

5.如权利要求2所述的用于柔性铰链的自由度切换装置，其特征在于：所述定位机构(3)包括水平架设于所述工作台(1)的丝杆(32)、驱动所述丝杆(32)转动的电机(31)、与所述丝杆(32)螺纹连接的定位块(33)、设置于所述收纳位(11)底部与所述定位块(33)滑动连接的导轨(12)。

6.如权利要求5所述的用于柔性铰链的自由度切换装置，其特征在于：所述定位块(33)设置有用于架设所述柔性铰链的台阶(331)，所述台阶(331)的竖直台阶面与所述柔性放大铰链单元(22)远离所述承载板(21)的一侧壁相配合。

7.如权利要求1所述的用于柔性铰链的自由度切换装置，其特征在于：所述升降机构(4)设置为电缸(41)，所述升降轴(42)与所述电缸(41)的驱动轴同轴紧固。

8.如权利要求1所述的用于柔性铰链的自由度切换装置，其特征在于：所述工作台(1)的顶部开设有用于形成所述收纳位(11)的圆形凹槽，所述升降轴(42)与所述圆形凹槽同轴设置。

9.如权利要求2所述的用于柔性铰链的自由度切换装置，其特征在于：所述承载板(21)呈方形或圆形设置，所述承载板(21)的上表面中部设置有工件定位部。

10.如权利要求2所述的用于柔性铰链的自由度切换装置，其特征在于：所述升降机构(4)和所述定位机构(3)均与所述电控装置电连接。